-
Безспорно една от най-важните молекули в цялата
-
биология е АТФ.
-
АТФ, което е съкращение на аденозин трифосфат.
-
Това звучи много сложно,
-
но всичко, което трябва да запомните и всеки път, виждайки АТФ
-
да се появява в дадена биохимична реакция,
-
нещо вътре в мозъка ви трябва да казва "Хей, става дума за
-
биологична енергия."
-
Друг начин за възприятие на АТФ е като единица - поставям
-
това в кавички - за биологична енергия.
-
Е, как точно е единица за енергия?
-
АТФ складира енергия във връзките си.
-
Ще обясня какво значи това след малко.
-
И преди да научим как изглежда аденозинната група или
-
3-фосфатната група, имайте ми малко
-
вяра, и си представете, че АТФ е направен
-
от нещо, наречено - само да избера хубав цвят -
-
аденозинна група.
-
И към тази група има прикачени 3 фосфата.
-
Не може, ще си представите вие.
-
Има 3 фосфата, закачени към групата просто така.
-
Това е АТФ.
-
Aденозин трифосфат.
-
три- означава 3 фосфатни групи.
-
Ако вземем аденозин трифосфат и хидролизираме
-
връзките му, което значи да го поставим някъде в
-
присъствието на вода
-
Нека добавя малко вода тук.
-
Нека кажем, че тук има Н2О.
-
Тогава една от тези фосфатни групи ще се отдели.
-
Естествено част от водата се свързва с фосфатната група
-
и част от нея се свързва с тази
-
фосфатна група ето тук.
-
Сега ще ви покажа това малко по-подробно.
-
Но най-напред искам да ви покажа голямата картина.
-
Това, което е останало е аденозинна група, която сега съдържа
-
два фосфата.
-
Това съединение се нарича аденозин дифосфат, или АДФ.
-
Преди имахме трифосфат, което означава три фосфата.
-
Сега имаме дифосфат, аденозин трифосфат, така че
-
вместо "три-", тук пишем само "ди-"
-
Което означава, че налице са две фосфатни групи.
-
И така, АТФ се хидролизира, или отделя се
-
една от фосфатните групи.
-
Останали са АДФ и после една допълнителна
-
фосфатна група тук.
-
И... и тук се крие отговорът за всичко, което обсъждаме,
-
когато споменаваме АТФ-и
-
налице е малко енергия.
-
Когато говоря за АТФ като фактор за разпространение на
-
биологична енергия, имам предвид това.
-
Че ако имаме АТФ, и трябва, чрез
-
химична реакция, да отделим този фосфат тук.
-
Това ще произведе енергия.
-
Тази енергия може да бъде използвана само за основно загряване.
-
Или тази реакция може да се съчетае с други реакции,
-
за протичането на които е нужна енергия.
-
След това тези реакции ще могат до продължат да протичат.
-
И така, изобразяваме тези кръгове.
-
Аденозин и фосфатите.
-
И наистина, това е всичко, което е нужно да се знае.
-
Това, с което ви запознахме до тук, е всичко
-
необходимо да се знае, за да помислим как на практика АТФ действа
-
в повечето биологични системи. Можем и
-
по друг начин да погледнем нещата.
-
Ако имаме енергия, и искаме да произведем АТФ,
-
реакцията ще протече по следния начин.
-
Енергия плюс една фосфатна група, плюс малко АДФ...
-
Можем да се върнем на АТФ.
-
И така, това е запзаената енергия.
-
От тази страна на уравнението е запазената енергия.
-
А от тази страна е иползваната енергия.
-
И това, всъщност е почти всичко-95 % от това, което
-
трябва да знаем, за да разберем реално функцията на АТФ
-
в биологичните системи. Става дума за запазване на енергия, когато
-
говорим за наличието на такава в АТФ.
-
Когато се отделя един фосфат, той произвежда енергия.
-
И после ако искаме да се върнем от АДФ, един фосфат се връща
-
в АТФ, отново трябва да се използва енергия.
-
АТФ в същността си е източник на енергия.
-
Ако имаме АДФ и искаме АТФ, трябва да употребим енергия.
-
До тук изобразихме кръг с буквата А
-
и казахме, че това е аденозин.
-
Но понякога е добре да видим
-
как изглежда молекулата в действителност.
-
Копирах тази схема от Уикипедия.
-
Причината да не ви покажа това в началото е
-
фактът, че изглежда доста сложно.
-
Докато истинската причина АТФ да се крие в разпространението
-
на енергия, е определено ясна.
-
Когато присъстват три фосфата, един от тях може да се отдели.
-
Резултатът от това се състои в присъствието на енергия
-
в системата.
-
Или пък, ако искаме да прикрепим този фосфат
-
трябва ни малко повече енергия.
-
Това е основен принцип при АТФ.
-
Но това е истинската му структура.
-
Но дори и тук, можем да го раздробим и да видим, че в действителност
-
не изглежда никак зле.
-
Казахме "аденозин".
-
Нека изобразим аденозинната група.
-
Имаме аденозин.
-
Това тук е аденозин.
-
Ето тази част от молекулата тук.
-
Тя е аденозин.
-
Тези от вас, които са обърнали повече внимание на
-
някои от другите клипове, може би разпознават, че това е част
-
от аденозина-и така, това се нарича аденозин, но тази част
-
тук, е аденин.
-
Това е същият аденин, който изгражда нуклеотидите, които
-
са "гръбнакът" на ДНК.
-
И така, някои от тези молекули в биологичните системи имат повече
-
от една употреба.
-
Това е същият аденин, за който говорим,
-
комбинирайки аденин и гуанин.
-
Това е пурин.
-
Ето ги и пиримидините, но няма да навлизам
-
в повече подробности.
-
Това е същата молекула.
-
Ето къде е интересното.
-
Това, което изгражда ДНК, е и част от
-
структурата на тези молекули, които произвеждат енергия.
-
Аденинът изгражда част от аденозина в АТФ.
-
Следва другата част тук, която е рибоза.
-
Може би я разпознавате от молекулата на РНК, рибонуклеиновата киселина.
-
Това е така, защото рибозата играе
-
съществена роля тук.
-
Но нека не задълбаваме толкова.
-
Рибозата е захарид, който съдържа пет въглеродни атома.
-
Когато не се виждат в молекулата, се има предвид
-
че точките изобразяват въглерода.
-
И ето, един въглерод има тук, два въглерода,
-
три въглерода, четири въглерода, пет въглерода.
-
Това е добре да се знае.
-
Добре е да се знае, че те споделят части от
-
молекулите си с ДНК.
-
Това са познати изграждащи части, които виждаме
-
отново и отново.
-
Искам да подчертая, че като знаем тези факти
-
и ги помним, това несъмнено ще ни помогне да разберем
-
АТФ като съединение, което
-
движи биологичните реакции.
-
Тук изобразихме три фосфатни групи, а това
-
е молекулната им структура.
-
Ето как Луис изобразява тази структура.
-
Това е една фосфатна група.
-
Тук е втората фосфатна група.
-
А тук е третата фосфатна група.
-
Ето така.
-
Когато за пръв път научих това, първият ми въпрос беше: "Добре, мога
-
да приема това като скок с вяра; че ако отделим една от тези
-
фосфатни групи, или ако тази връзка се хидролизира,
-
това освобождава енергия по някакъв начин.
-
И след това продължих и отговорих на всички въпроси,
-
на които нямах отговор.
-
Но защо се освобождава енергия?
-
Каква е тази връзка, която освобождава енергия?
-
Помним, че всички връзки представляват електрони, които са част
-
от различни атоми.
-
И ето го най-добрият начин, по който това може да се представи.
-
Електроните, които се предават през тази връзка,
-
или електронът, който се споделя през връзката,
-
идва от фосфата.
-
Сега няма да чертая Менделеевата таблица.
-
Но знаем, че фосфатната група има пет електрона за отделяне.
-
Тя е с по-ниска електроотрицателност от кислорода, така че кислородът някак
-
ще погълне електрона.
-
Но този електрон е в малко неудобство.
-
Две са причините за това неудобство.
-
Той е в състояние на висока енергия.
-
Една от причините се крие в това, че
-
тук са всички тези атоми кислород с отрицателен заряд.
-
С други думи, те някак си се отблъскват един друг.
-
И тези електрони във връзката наистина не могат
-
да се доближат до ядрото.
-
Те ще преминат в един вид състояние на ниска енергия.
-
Всичко това е повече от аналогично от действителността.
-
Знаем, че електроните могат да станат доста сложни.
-
А съществува и цял един механичен свят.
-
Но ето един хубав начин да се мисли по тоя въпрос.
-
Това, че тези молекули искат да са на разстояние една от друга.
-
Като се вземат предвид тези връзки, електронът в тях е
-
в състояние на висока енергия.
-
Той е по-далеч от ядрата на тези два атома
-
от мястото, на което може би иска да бъде.
-
И когато тази фосфатна група се отдели,
-
изведнъж тези електрони могат да се окажат
-
в състояние на по-ниска енергия.
-
Това произвежда енергия.
-
И тази енергия тук, винаги е-всъщност във всяка
-
химична реакция, за която се казва, че се произвежда енергия,
-
това става винаги чрез електрони, които преминават в състояние на по-ниска енергия.
-
Ето затова става въпрос.
-
По-натаък, в бъдещи клипове, когато се занимаваме с клетъчно
-
дишане и глюколиза и подобни явления, когато и да покажем
-
енергията, тя идва от електроните, които излизат
-
от възбудено състояние в повече на брой невъзбудени състояния.
-
И в този процес те произвеждат енергия.
-
Ако съм в самолет или скачам от самолет, аз имам
-
мноог потенциална енергия точно когато
-
скачам от самолета.
-
Това може да се счита за възбудено състояние.
-
А когато си седя на дивана и гледам футбол,
-
имам много по-малко потенциална енергия, така че това е
-
невъзбудено състояние.
-
Можело е да възпроизведа много енергия,
-
падайки на дивана си.
-
Но не знам.
-
Аналогиите ми винаги се провалят в даден момент.
-
Сега, последният въпрос, който искам да разгледам пред вас е как точно
-
протича тази реакция.
-
Засега бихте могли да спрете този клип и вече
-
можете да считате АТФ като съединение, което се използва в 95% от биологията,
-
и най-вече колежанският курс по биология.
-
Но бих искал да разберете как всъщност
-
протича тази реакция.
-
За да го направя, това, което ще приложа е копиране
-
и поставяне на части от тази схема.
-
Вече казахме, че този приятел тук
-
ще се отдели от АТФ.
-
Така че, това е фосфатната група, която се отделя.
-
И следва останалото.
-
Тук имаме АДФ като останала част.
-
Ето го АДФ.
-
Дори не е нужно да копирам и поставям всичко това.
-
Можем просто да приемем че това е аденозинната група.
-
Точно така.
-
Вече казахме, че всичко това се хидролизира
-
отделя се и това произвежда енергия.
-
Но това което искам да направя всъщност
-
е да ви покажа механизма.
-
Малко нагледен механизъм за това как
-
всъщност става всичко.
-
Така. Казахме, че тази реакция протича в наличието на вода.
-
Нека тук изобразим водата.
-
Имаме кислород и водород.
-
Тук имаме още един атом водород.
-
Ето това там е вода.
-
И така, хидролизата просто е реакция, при която казваме, че
-
тоя приятел тук, иска да се свърже с нещо или
-
иска да сподели електроните на някой друг.
-
Така че може би този водород тук отива там долу и споделя
-
електрона си с този кислород тук.
-
И после този фосфор, той има един излишен електрон,
-
който иска да отдаде.
-
Спомняме си, че има има пет-валентни електрона; иска да ги сподели
-
с кислорода.
-
Има един, два, три, четири, които в този момент се отделят.
-
И така, ако този водород отиде при този приятел, остава
-
тази синя ОН-група тук.
-
а този приятел може да отдели
-
един от излишните фосфорови електрони.
-
Поучаваме ОН по този начин.
-
това е всъщност процесът, който протича.
-
Може да се случи и обратното.
-
Можеше да отделя това тук.
-
Можеше цялото нещо да го отцепя тук.
-
Така тоя приятел щеше да запази кислорода
-
и водорода щеше да отиде при него.
-
Тогава тоя приятел щеше да вземе ОН-груата.
-
Би могло да стане с разменен ред.
-
И така щеше да е добре.
-
Още нещо искам да подчертая.
-
Това е малко по-сложно.
-
Дори се чудех дали искам да го правя.
-
Цялата причина, поради която можем да имаме състояние на по-ниска енергия
-
се крие в това, че веднъж отделени-нека сега
-
слезем тук-е защото казах, хей, този електрон е по-щастлив,
-
когато е-да кажем този електрон, който е част от този
-
фосфор е по-щастлив сега.
-
Той е в състояние на по-ниска енергия, защото
-
не се разширява.
-
Не е длъжен да си прекарва времето между този приятел и онзи приятел
-
защото тази молекула и тази молекула искат да се отделят,
-
понеже имат отрицателен заряд.
-
Това отчасти е причината.
-
Другата причина защо, и ще говорим за това
-
малко по-подробно когато учим малко повече органична химия,
-
е тази, че тук има повече резонанс.
-
Повече резонансни структури и резонансни конфигурации.
-
Всичко това означава, че тези електрони, и тези допълнителни
-
електрони тук, те могат някак да се движат между
-
различните атоми. А това създава дори по-голяма стабилност.
-
И ако си представим, че този кислород тук има
-
един електрон в повече.
-
Така че този допълнителен електрон там, може да дойде тук долу
-
и да сформира двойна връзка с фосфора.
-
Тогава този електрон тук може да скочи обратно към
-
онзи кислород.
-
И после това може да се случи от тази страна и от онази страна.
-
Няма да се впускам в подробности, но това е още една причина
-
за по-голямата стабилност.
-
Ако сте запознати с органичната химия,
-
можете повече да се насладите на това.
-
Но няма да задълбаваме повече.
-
Най-важното, което трябва да запомним за АТФ, е това, че
-
когато една фосфатна група се отдели, тя произвежда
-
енергия, която управлява всички видове биологични функции,
-
като растеж и движение, движение на мускулите, съкращение
-
на мускулите, електрически импулси
-
в нервите на мозъка.
-
Така че това е главната батерия или производител на енергия
-
в биологичните системи. Това е основното, което
-
трябва да се запомни за АТФ.
